DE102014221871A1 - Fluid and fuel pump system - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Fluidpumpensystem (10) angegeben, aufweisend eine erste Fluidpumpenanordnung (100), welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine erste Fluidzuleitung (114) aufzunehmen und über eine erste Fluidableitung (116) abzugeben und eine zweite Fluidpumpenanordnung (200), welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine zweite Fluidzuleitung (214) aufzunehmen und über eine zweite Fluidableitung (216) abzugeben. Die erste Fluidpumpenanordnung (100) weist auf: eine erste Pumpenvorrichtung (105) mit einer ersten Pumpeneinheit (110) und einem ersten Pumpenmotor (120), wobei der erste Pumpenmotor mit der ersten Pumpeneinheit (110) so gekoppelt ist, dass der erste Pumpenmotor die erste Pumpeneinheit antreiben kann; eine Energiequelle (130), um den ersten Pumpenmotor (120) mit Strom zu versorgen; und eine Steuereinheit (140), welche ausgeführt ist, einen Sollwert für einen von der ersten Pumpenvorrichtung (105) zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den ersten Pumpenmotor (120) zu ermitteln und die Energiequelle (130) so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den ersten Pumpenmotor (120) ausgibt.There is provided a fluid pump system (10) comprising a first fluid pump assembly (100) configured to receive and deliver fluid via a first fluid supply line (114) via a first fluid discharge (116) and a second fluid pump assembly (200) is to receive a fluid via a second fluid supply line (214) and deliver via a second fluid discharge line (216). The first fluid pump assembly (100) comprises: a first pumping device (105) having a first pumping unit (110) and a first pumping motor (120), the first pumping motor being coupled to the first pumping unit (110) such that the first pumping motor is the first pumping motor (110) can drive first pump unit; a power source (130) for powering the first pump motor (120); and a control unit (140) configured to read in a target value for a fluid pressure to be supplied by the first pump device (105) and to determine a current corresponding to the target value of the fluid pressure to be supplied to the first pump motor (120) at a given pump motor speed and to drive the power source (130) to output the detected current to the first pump motor (120).
Description
Die Erfindung betrifft ein Fluidpumpensystem, ein Verfahren zum Betreiben eines Fluidpumpensystems, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Fluidpumpensystem.The invention relates to a fluid pump system, a method for operating a fluid pump system, and a vehicle having such a fluid pump system.
Fluidpumpen in Form von Kraftstoffpumpen werden üblicherweise in Fahrzeugen verwendet um einen Kraftstoff, welcher üblicherweise als Fluid vorgehalten wird, aus einem Kraftstoffbehälter bzw. Kraftstofftank zu einer Antriebseinheit, welche in diesem Fall üblicherweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, zu pumpen bzw. zu befördern.Fluid pumps in the form of fuel pumps are commonly used in vehicles to pump or convey a fuel, which is usually held as fluid, from a fuel tank to a drive unit, which in this case is usually designed as an internal combustion engine.
Als Kraftstoffpumpen kommen dabei grundsätzlich sämtliche Pumpen in Frage, welche ausgeführt sind, ein Fluid zu pumpen. Eine Kraftstoffpumpe für ein Fahrzeug ist üblicherweise ausgeführt, den Kraftstoff mit einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Kraftstoffdruck an den Verbrennungsmotor zu liefern. Weiterhin ist eine Kraftstoffpumpe üblicherweise ausgeführt, einen vorgebbaren Volumenstrom des Kraftstoffs zu liefern, also eine bestimme Menge Kraftstoff pro Zeiteinheit (wird üblicherweise in Liter pro Stunde angegeben).As fuel pumps are basically all pumps in question, which are designed to pump a fluid. A fuel pump for a vehicle is usually designed to supply the fuel with a predetermined or specifiable fuel pressure to the internal combustion engine. Furthermore, a fuel pump is usually designed to deliver a predeterminable volume flow of the fuel, so a certain amount of fuel per unit time (usually in liters per hour).
Herkömmliche Kraftstoffpumpen weisen eine Pumpenstufe, welche auch als Pumpeneinheit bezeichnet werden kann, und einen Pumpenmotor auf. Der Pumpenmotor ist mit der Pumpenstufe so gekoppelt, dass der Motor die Pumpenstufe in Bewegung versetzt und durch diese Bewegung der Kraftstoff gepumpt wird. Der gelieferte Volumenstrom der Kraftstoffpumpe ist dabei üblicherweise proportional zu der Drehzahl des Pumpenmotors.Conventional fuel pumps have a pump stage, which may also be referred to as a pump unit, and a pump motor. The pump motor is coupled to the pump stage so that the motor moves the pump stage and pumping the fuel through this movement. The delivered volume flow of the fuel pump is usually proportional to the speed of the pump motor.
Die Pumpenstufe ist über eine Kraftstoffzuleitung mit dem Kraftstoffbehälter gekoppelt oder befindet sich im Kraftstoffbehälter und ist über eine Kraftstoffableitung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Um einen vorgebbaren Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung zu erreichen, ist üblicherweise ein Drucksensor so angeordnet, dass der Kraftstoffdruck erfasst wird. Der erfasste Kraftstoffdruck wird verwendet, um die Drehzahl des Pumpenmotors zu variieren, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffableitung verändert werden soll.The pump stage is coupled via a fuel supply line with the fuel tank or is located in the fuel tank and is coupled via a fuel discharge to the internal combustion engine. In order to achieve a predeterminable fuel pressure in the fuel discharge, usually a pressure sensor is arranged so that the fuel pressure is detected. The detected fuel pressure is used to vary the speed of the pump motor when the fuel pressure in the fuel delivery is to be changed.
Üblicherweise wird als Pumpenvorrichtung ein drehzahlgeregeltes System eingesetzt, da die Drehzahl des Pumpenmotors proportional zu dem Volumenstrom ist. Wird bei konstantem Volumenstrom die Drehzahl erhöht, steigt damit auch der Druck in der Kraftstoffableitung. Das Verhalten im Einzelfall ist abhängig von der sogenannten Drucksteifheit der Pumpenstufe.Usually, a speed-controlled system is used as a pump device, since the speed of the pump motor is proportional to the volume flow. If the speed increases at a constant volumetric flow, the pressure in the fuel discharge increases as well. The behavior in individual cases depends on the so-called pressure stiffness of the pump stage.
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, ein Fluidpumpensystem und ein Verfahren zum Ansteuern eines Fluidpumpensystems anzugeben, welche sich durch eine vereinfachte Ansteuerung des Fluidpumpensystems und eine wirtschaftlich günstigere Umsetzung auszeichnen.It may be considered as an object of the invention to provide a fluid pump system and a method for controlling a fluid pump system, which are characterized by a simplified control of the fluid pump system and a more economically advantageous implementation.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Fluidpumpensystem angegeben. Das Fluidpumpensystem weist eine erste Fluidpumpenanordnung, welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine erste Fluidzuleitung aufzunehmen und über eine erste Fluidableitung abzugeben und eine zweite Fluidpumpenanordnung, welche ausgeführt ist, ein Fluid über eine zweite Fluidzuleitung aufzunehmen und über eine zweite Fluidableitung abzugeben, auf. Die erste Fluidpumpenanordnung weist eine erste Pumpenvorrichtung, eine Energiequelle und eine Steuereinheit auf. Die erste Pumpenvorrichtung weist eine erste Pumpeneinheit und einen ersten Pumpenmotor auf, wobei der erste Pumpenmotor mit der ersten Pumpeneinheit so gekoppelt ist, dass der erste Pumpenmotor die erste Pumpeneinheit antreiben kann. Die Energiequelle ist ausgeführt, den ersten Pumpenmotor mit Strom zu versorgen. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen Sollwert für einen von der ersten Pumpenvorrichtung zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den ersten Pumpenmotor zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den ersten Pumpenmotor ausgibt.According to a first aspect of the invention, a fluid pump system is disclosed. The fluid pump system includes a first fluid pump assembly configured to receive fluid via a first fluid supply line and dispense via a first fluid discharge and a second fluid pump assembly configured to receive fluid via a second fluid supply line and dispense via a second fluid discharge. The first fluid pump arrangement has a first pump device, a power source and a control unit. The first pump device includes a first pump unit and a first pump motor, wherein the first pump motor is coupled to the first pump unit so that the first pump motor can drive the first pump unit. The power source is designed to power the first pump motor. The control unit is designed to read in a setpoint value for a fluid pressure to be supplied by the first pump device and to determine a current for the first pump motor that corresponds to the setpoint value for the fluid pressure to be supplied and to control the energy source such that it determines the determined current intensity outputs the first pump motor.
Ein solches Fluidsystem kann auch als Mehrpumpensystem bezeichnet werden. Insbesondere sind die erste und zweite Fluidpumpenanordnung parallel zueinander geschaltet und werden synchron betrieben. Alternativ können die beiden Fluidpumpenanordnungen auch seriell geschaltet sein, d. h., eine Fluidpumpenanordnung ist der anderen Fluidpumpenanordnung nachgeschaltet. Um zu verhindern, dass die Fluidpumpenanordnung auf Grund unterschiedlicher Toleranzen und Verhalten, welche zu einem ungleichmäßigen Pumpverhalten führen können, sich negativ auf die Pumpleistung des Fluidpumpensystems auszuwirken, ist das Fluidpumpensystem so konfiguriert, dass beide Fluidpumpenanordnungen eine äquivalente Menge Fluid fördern, also einen im Wesentlichen gleichen Volumenstrom des Fluids in der jeweiligen Fluidableitung aufweisen. Es soll also insbesondere verhindert werden, dass die Pumpen einen unterschiedlichen Volumenstrom liefern, z. B. 20 Liter/Stunde die erste Fluidpumpenanordnung und 100 Liter/Stunde die zweite Fluidpumpenanordnung, da in einem solchen Fall bei einem Parallelbetrieb der beiden Fluidpumpenanordnungen die Pumpleistung von einer Fluidpumpenanordnung im Wesentlichen ins Leere läuft.Such a fluid system may also be referred to as a multi-pump system. In particular, the first and second fluid pump arrangement are connected in parallel with each other and are operated synchronously. Alternatively, the two fluid pump assemblies may also be serially connected, i. h., A fluid pump assembly is connected downstream of the other fluid pump assembly. In order to prevent the fluid pump assembly due to different tolerances and behaviors, which can lead to a non-uniform pumping behavior, to adversely affect the pumping capacity of the fluid pump system, the fluid pump system is configured so that both fluid pump assemblies promote an equivalent amount of fluid, so a substantially have the same volume flow of the fluid in the respective fluid discharge. It should therefore be prevented in particular that the pumps deliver a different volume flow, z. B. 20 liters / hour, the first fluid pump assembly and 100 liters / hour, the second fluid pump assembly, since in such a case in a parallel operation of the two fluid pump assemblies, the pumping power from a fluid pump assembly essentially runs into the void.
Die erste Fluidpumpenanordnung ist so aufgebaut, dass sie einen Verzicht auf einen Drucksensor in der Fluidableitung ermöglicht. Die Anpassung des Fluiddrucks in der Fluidableitung erfolgt über eine Anpassung des Pumpenstroms sowie über die Drehzahl des Pumpenmotors. Durch den Verzicht auf den Drucksensor können Fluidpumpensysteme wirtschaftlicher konstruiert werden.The first fluid pump arrangement is constructed so that it waives a Pressure sensor in the fluid discharge allows. The adjustment of the fluid pressure in the fluid discharge takes place via an adaptation of the pump current and via the rotational speed of the pump motor. By eliminating the pressure sensor, fluid pump systems can be constructed more economically.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Fluidpumpensystem auch mehr als zwei Fluidpumpenanordnungen aufweisen kann, so dass mehrere Fluidpumpenanordnungen nacheinander oder parallel oder in Mischformen (Parallelschaltung von Serienschaltungen oder umgekehrt) geschaltet sind.It should be noted that the fluid pump system can also have more than two fluid pump arrangements, so that several fluid pump arrangements are connected in succession or in parallel or in mixed forms (parallel connection of series circuits or vice versa).
Bei dem Pumpenmotor kann es sich beispielsweise um einen Gleichstrommotor oder um einen Synchronmotor handeln, letzteres beispielsweise in der Ausführung als Permanentmagnet-Motor mit beispielsweise Permanentmagnet-Rotor, der mit Drehstrom betrieben wird.The pump motor may be, for example, a DC motor or a synchronous motor, the latter, for example, in the embodiment as a permanent magnet motor with, for example, permanent magnet rotor, which is operated with three-phase current.
Bei dem Fluidpumpensystem kann es sich beispielsweise um ein System zum Pumpen von Kraftstoff für ein Fahrzeug, um eine Hydraulikpumpe oder um eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf handeln.The fluid pump system can be, for example, a system for pumping fuel for a vehicle, a hydraulic pump or a coolant pump for a cooling circuit.
Es sei darauf hingewiesen dass eine Bezugnahme auf den „Fluiddruck“ im Folgenden stets den Fluiddruck in der entsprechenden ersten oder zweiten Fluidableitung meint, außer es wird explizit etwas hiervon Abweichendes benannt.It should be noted that reference to the "fluid pressure" below always means the fluid pressure in the corresponding first or second fluid discharge unless explicitly stated otherwise.
Der Sollwert für den Fluiddruck kann von einer externen Einheit vorgegeben werden, z. B. von einem Verbrennungsmotor bzw. einer Komponente des Verbrennungsmotors, wie z. B. einem Motorsteuergerät oder einem Abgassteuergerät, welcher von der Fluidpumpeneinheit mit Fluid versorgt wird oder von einer anderen Einheit in einem Fahrzeug.The setpoint for the fluid pressure can be specified by an external unit, for. B. from an internal combustion engine or a component of the internal combustion engine, such as. As an engine control unit or an exhaust gas control unit, which is supplied by the fluid pump unit with fluid or from another unit in a vehicle.
Die Energiequelle ist insbesondere ausgeführt, eine vorgebbare Stromstärke an den Pumpenmotor auszugeben. Bei der Energiequelle handelt es sich in einer Ausführungsform um eine Stromquelle.The energy source is in particular designed to output a specifiable current to the pump motor. The power source is a power source in one embodiment.
Die Pumpenvorrichtung kann eine Drehzahlermittlungseinheit aufweisen, welche ausgeführt ist, die Drehzahl des Pumpenmotors zu ermitteln und bei Anfrage weiterzuleiten, insbesondere an die Steuereinheit.The pump device may have a speed determination unit, which is designed to determine the speed of the pump motor and to forward on request, in particular to the control unit.
Die Steuereinheit und die Pumpenvorrichtung können räumlich voneinander getrennt sein und beispielsweise in einem Fahrzeug als separate Montageeinheiten montiert sein. Die Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen Pumpenvorrichtung und Steuereinheit kann über eine Datenübertragungsstrecke, z. B. über ein Bussystem wie CAN, erfolgen.The control unit and the pump device may be spatially separated from each other and mounted, for example, in a vehicle as separate mounting units. The communication or data transmission between the pump device and control unit can via a data transmission path, for. B. via a bus system such as CAN done.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Fluidableitung so mit der zweiten Fluidableitung gekoppelt, dass diese beiden Fluidableitungen in einer gemeinsamen Ableitung münden. Dabei ist die erste Fluidpumpenanordnung über ein erstes Rückschlagventil mit der gemeinsamen Ableitung gekoppelt und die zweite Fluidpumpenanordnung ist über ein zweites Rückschlagventil mit der gemeinsamen Ableitung gekoppelt.According to one embodiment of the invention, the first fluid discharge is coupled to the second fluid discharge, so that these two fluid discharges open into a common discharge. In this case, the first fluid pump arrangement is coupled via a first check valve to the common discharge line and the second fluid pump arrangement is coupled to the common discharge line via a second check valve.
Dieser Aufbau beschreibt den sog. Parallelbetrieb von zwei Fluidpumpenanordnungen. In diesem Betrieb können entweder beide Fluidpumpenanordnungen gleichzeitig oder nur jeweils eine Fluidpumpenanordnung, z. B. in wechselnder Folge oder als redundantes System, betrieben werden. Die Rückschlagventile verhindern, dass eine Fluidpumpenanordnung Fluid in die Fluidableitung der anderen Fluidpumpenanordnung pumpt und so ein Volumenstrom in eine unerwünschte Richtung erfolgt.This structure describes the so-called. Parallel operation of two fluid pump assemblies. In this operation, either both fluid pump assemblies can be used simultaneously or only one fluid pump assembly, e.g. B. in alternating sequence or as a redundant system operated. The check valves prevent a fluid pump assembly from pumping fluid into the fluid drain of the other fluid pump assembly, thus causing a flow in an undesired direction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Fluidpumpenanordnung eine zweite Pumpenvorrichtung mit einer zweiten Pumpeneinheit und einem zweiten Pumpenmotor auf, wobei der zweite Pumpenmotor mit der zweiten Pumpeneinheit so gekoppelt ist, dass der zweite Pumpenmotor die zweite Pumpeneinheit antreiben kann. Die Energiequelle ist ausgeführt, den zweiten Pumpenmotor mit Strom zu versorgen. Die Steuereinheit ist ausgeführt, einen Sollwert für einen von der zweiten Pumpenvorrichtung zu liefernden Fluiddruck einzulesen und eine bei einer vorgegebenen Pumpenmotordrehzahl dem Sollwert für den zu liefernden Fluiddruck entsprechende Stromstärke für den zweiten Pumpenmotor zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die ermittelte Stromstärke an den zweiten Pumpenmotor ausgibt.According to a further embodiment of the invention, the second fluid pump arrangement comprises a second pump device having a second pump unit and a second pump motor, wherein the second pump motor is coupled to the second pump unit so that the second pump motor can drive the second pump unit. The power source is designed to power the second pump motor. The control unit is designed to read in a target value for a fluid pressure to be supplied by the second pump device and to determine a current for the second pump motor corresponding to the target value for the fluid pressure to be supplied and to control the energy source such that it applies the determined current intensity outputs the second pump motor.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Fluidpumpenanordnung grundsätzlich mit einer zweiten Fluidpumpenanordnung gekoppelt werden kann, welche in der zweiten Fluidableitung über einen Drucksensor verfügt. In dieser Ausführungsform ist die zweite Fluidpumpenanordnung jedoch ähnlich aufgebaut wie die erste Fluidpumpenanordnung und weist keinen Drucksensor in der Fluidableitung auf. Diesbezüglich gelten die Ausführungen betreffend die erste Fluidpumpenanordnung sinngemäß gleich auch für die zweite Fluidpumpenanordnung.It should be noted that the first fluid pump arrangement can basically be coupled to a second fluid pump arrangement, which has a pressure sensor in the second fluid discharge. However, in this embodiment, the second fluid pump assembly is similar in construction to the first fluid pump assembly and does not have a pressure sensor in the fluid drain. In this regard, the statements regarding the first fluid pump arrangement apply mutatis mutandis to the same for the second fluid pump assembly.
Die zweite Fluidpumpenanordnung und die erste Fluidpumpenanordnung können gemeinsam von derselben Energiequelle mit Energie versorgt und von derselben Steuereinheit gesteuert werden. Alternativ können jedoch beide Fluidpumpenanordnungen jeweils eigene Energiequellen und Steuereinheiten aufweisen.The second fluid pump assembly and the first fluid pump assembly may be co-powered by the same power source and controlled by the same controller. Alternatively, however, both fluid pump assemblies may each have their own energy sources and control units.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Fluidpumpensystem weiterhin eine Speichereinheit auf, welche ausgeführt ist, eine Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie des ersten Pumpenmotors abzuspeichern, wobei die Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie einem von der ersten Pumpeneinheit gelieferten Fluiddruck entspricht. According to a further embodiment, the fluid pump system further comprises a storage unit, which is designed to store a current-speed characteristic of the first pump motor, wherein the current-speed characteristic corresponds to a fluid pressure supplied by the first pump unit.
Ein Wertepaar, welches auf der Stromstärke-Drehzahl-Kennlinie gibt, führt in anderen Worten zu einem von dieser Kennlinie hervorgerufenen Fluiddruck. Die Speichereinheit kann ausgeführt sein, die Kennlinienwerte dauerhaft für den lesenden Zugriff zu speichern oder aber so, dass die Kennlinien angepasst werden können, falls die Pumpenvorrichtung im Laufe der Zeit veränderte Betriebscharakteristika annimmt. Die Speichereinheit kann ausgeführt sein, ein Kennlinienfeld von einer Konfigurationseinheit zu erhalten, welches die Kennlinien in die Speichereinheit schreibt. Diese Daten können leitungsgebunden oder leitungslos zwischen der Konfigurationseinheit und der Speichereinheit übertragen werden.In other words, a value pair which gives on the current-speed characteristic leads to a fluid pressure caused by this characteristic. The memory unit may be configured to permanently store the characteristic values for read access or else so that the characteristics may be adjusted if the pump device assumes changed operating characteristics over time. The storage unit may be configured to obtain a map field from a configuration unit which writes the characteristics in the storage unit. This data can be transmitted by cable or without line between the configuration unit and the storage unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Speichereinheit ausgeführt, eine Mehrzahl von Stromstärke-Drehzahl-Kennlinien des ersten Pumpenmotors abzuspeichern, wobei jede der Stromstärke-Drehzahl-Kennlinien jeweils einem von der ersten Pumpeneinheit gelieferten Fluiddruck entspricht.According to a further embodiment of the invention, the memory unit is designed to store a plurality of current-speed characteristics of the first pump motor, wherein each of the current-speed characteristics corresponds to a respective supplied from the first pump unit fluid pressure.
Bei der Kennlinie handelt es sich um eine isobare Kennlinie (druck-konstante Darstellungsform bzw. Drucklinien) in einem Diagramm, welches die Stromstärke (üblicherweise angegeben in Ampere) über der Pumpenmotordrehzahl (üblicherweise angegeben in Umdrehungen pro Minute) aufträgt und einem bestimmten Fluiddruck in der Fluidableitung entspricht. Die Kennlinie verläuft dabei so, dass der bestimmte Fluiddruck in der Fluidableitung sich bei verschiedenen Konstellationen der Stromstärke und der Drehzahl einstellen kann, d. h., es gibt zu einem Fluiddruck nicht einen bestimmten Punkt in dem Diagramm, sondern mehrere Punktepaare (Kennlinie).The characteristic curve is an isobaric characteristic (pressure-constant form of representation or pressure lines) in a diagram which plots the current intensity (usually indicated in amperes) over the pump motor speed (usually stated in revolutions per minute) and a specific fluid pressure in the Fluid discharge corresponds. The characteristic curve runs in such a way that the specific fluid pressure in the fluid discharge can be set at different constellations of the current intensity and the rotational speed, ie. that is, there is not a certain point in the diagram for a fluid pressure, but a plurality of pairs of points (characteristic).
Das Auslesen der Stromstärke aus einer Kennlinie ermöglicht es, dass die Stromstärke nicht in einem aufwändigen Rechenvorgang algorithmisch ermittelt werden muss. Die Stromstärke wird durch einen Zugriff auf eine hinterlegte Kennlinie ermittelt, insbesondere aus einem Kennfeld ausgelesen.The reading of the current from a characteristic makes it possible that the current must not be determined algorithmically in a complex computation. The current intensity is determined by accessing a stored characteristic, in particular read out from a map.
Es können mehrere Kennlinien für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fluiddruckwerten in der Fluidableitung vorgehalten werden. In Abhängigkeit des gewünschten bzw. vorgegebenen Fluiddrucks in der Fluidableitung wird auf die entsprechende Kennlinie zugegriffen, um die benötigte Stromstärke für den Pumpenmotor zu ermitteln.Several characteristic curves for a multiplicity of different fluid pressure values can be provided in the fluid discharge. Depending on the desired or predetermined fluid pressure in the fluid discharge, the corresponding characteristic curve is accessed in order to determine the required current intensity for the pump motor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit ausgeführt, die Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zu ermitteln und die Energiequelle so anzusteuern, dass diese die Stromstärke, mit der der erste Pumpenmotor betrieben wird, gemäß der Kennlinie anpasst, so dass der Sollwert für den von der ersten Pumpenvorrichtung gelieferten Fluiddruck eingestellt oder beibehalten wird.According to a further embodiment of the invention, the control unit is designed to determine the pump motor speed of the first pump motor and to control the energy source so that it adjusts the current with which the first pump motor is operated according to the characteristic, so that the setpoint for the of the adjusted or maintained fluid pressure supplied to the first pump device.
Bei einer Anpassung der Stromstärke verändert sich üblicherweise die Pumpenmotordrehzahl, so dass sich in der Folge auch der Fluiddruck und der Volumenfluss des Fluids in der Fluidableitung verändern. Dies kann eine Überwachung der Pumpenmotordrehzahl erfordern, um eine entsprechende erneute Anpassung der Stromstärke vorzunehmen, so dass ein Stromstärke/Drehzahl-Wertepaar auf einer Kennlinie gewählt wird, welches auf der isobaren Kennlinie liegt, die dem vorgegebenen Fluiddruck bzw. Solldruck entspricht.When the current intensity is adjusted, the pump motor speed usually changes, with the result that the fluid pressure and the volume flow of the fluid in the fluid discharge also change as a result. This may require monitoring the pump motor speed to make a corresponding readjustment of the current so that a current / speed value pair is selected on a characteristic which is on the isobaric characteristic corresponding to the predetermined fluid pressure.
In anderen Worten wird, wenn ein neuer Solldruck für den Fluiddruck vorgegeben wird, ausgehend von der aktuellen Pumpenmotordrehzahl eine Stromstärke aus den Kennlinien ausgelesen, welche mit der aktuellen Pumpenmotordrehzahl den gewünschten Fluiddruck hervorruft. Da bei einer veränderten Pumpenmotordrehzahl, die sich in Folge der veränderten Stromstärke einstellen kann, für das Erreichen des Solldrucks auch die Stromstärke (erneut) eine Veränderung erfordern kann, nähert sich in dieser Ausführungsform der Fluiddruck dem Solldruck iterativ, also in mehreren aufeinander folgenden Schritten. In jedem dieser Schritte kann eine Anpassung der Stromstärke in Abhängigkeit der Kennlinien und dem gewünschten Fluiddruck erforderlich sein, bis der Solldruck erreicht ist.In other words, when a new target pressure for the fluid pressure is specified, starting from the current pump motor speed, a current is read from the characteristic curves, which causes the desired fluid pressure with the current pump motor speed. Since at a changed pump motor speed, which can occur as a result of the changed current, the current (again) may require a change to reach the target pressure, in this embodiment, the fluid pressure approaches the target pressure iteratively, ie in several successive steps. In each of these steps, an adjustment of the current depending on the characteristics and the desired fluid pressure may be required until the target pressure is reached.
Das Fluidsystem wie hierin beschrieben lässt sich in anderen Worten wie folgt zusammenfassen. Das Fluidsystem ermöglicht einen Betrieb eines Mehrpumpensystems in einer Ausführung ohne Drucksensoren in der Fluidableitung. In jedem Pfad bzw. zu jeder Fluidpumpenanordnung kann das Fördervolumen und der Fluiddruck in der Fluidableitung einfach angepasst werden, ohne den Fluiddruck mit einer aufwändigen Druckermittlungseinheit ermitteln zu müssen. Das Fördervolumen und die Drehzahl der einzelnen Fluidpumpenanordnungen kann an die jeweiligen Arbeitsbedingungen angepasst werden.In other words, the fluid system as described herein may be summarized as follows. The fluid system allows operation of a multi-pump system in an embodiment without pressure sensors in the fluid drain. In each path or to each fluid pump arrangement, the delivery volume and the fluid pressure in the fluid discharge can be easily adjusted without having to determine the fluid pressure with a complex pressure detection unit. The delivery volume and the speed of the individual fluid pump assemblies can be adapted to the respective working conditions.
Der Fluiddruck in beiden Fluidableitungen ist im Wesentlichen gleich, damit beide Fluidpumpenanordnungen ein Fördervolumen aufweisen bzw. einen Beitrag zum Volumenstrom in der gemeinsamen Ableitung leisten. Insbesondere kann ein maximal zulässiger Differenzdruck zwischen der ersten Fluidableitung und der zweiten Fluidableitung einem Öffnungsdrucks eines oder beider Rückschlagventile entsprechen. Aus diesem Grund kann die Angabe über den Fluiddruck in beiden Fluidableitungen erforderlich sein.The fluid pressure in both fluid outlets is substantially the same, so that both fluid pump arrangements have a delivery volume or make a contribution to the volume flow in the common discharge. In particular, a maximum allowable differential pressure between the first fluid discharge and the second fluid discharge may be an opening pressure of one or both Non-return valves correspond. For this reason, the information about the fluid pressure in both fluid discharges may be required.
In einem Fluidpumpensystem wie hierin beschrieben sind verschiedene Betriebsarten möglich. In einem Parallelbetrieb sind die Fluidpumpenanordnungen gleichzeitig und während der gesamten Betriebszeit des Fluidpumpensystems in Betrieb. In einem nachgeschalteten Betriebsmodus kann eine Pumpe immer in Betrieb (Dauerbetrieb) sein und eine zweite Pumpe wird bei Spitzenlast (Spitzenlastbetrieb) zugeschaltet. Der nachgeschaltete Betrieb kann auch modifiziert werden und eine Pumpe übernimmt den Dauerbetrieb von der anderen Pumpe. In einem Kaskadenbetrieb kann die erste Pumpe bei einem Fluiddruck von 5 Bar und die zweite Pumpe bei einem Fluiddruck von 4.5 Bar betrieben werden. Sinkt der Fluiddruck in der Fluidableitung unter 4.5 Bar (z. B. durch große Abnahmemengen), so unterstützt die zweite Pumpe dabei, den erforderlichen Volumenstrom zu erreichen.In a fluid pump system as described herein, various modes of operation are possible. In a parallel operation, the fluid pump assemblies operate simultaneously and throughout the operating time of the fluid pump system. In a downstream operating mode, one pump can always be in operation (continuous operation) and a second pump is switched on at peak load (peak load operation). The downstream operation can also be modified and one pump takes over the continuous operation of the other pump. In a cascade operation, the first pump can be operated at a fluid pressure of 5 bar and the second pump at a fluid pressure of 4.5 bar. If the fluid pressure in the fluid discharge drops below 4.5 bar (eg due to large quantities), the second pump will help to achieve the required volume flow.
Durch einen Verzicht auf Drucksensoren werden die Kosten für ein solches Fluidpumpensystem gesenkt. Eine ungleichmäßige Strom und Fördervolumenaufteilung auf die Fluidpumpenanordnungen kann erkannt und ausgeglichen werden. Für jede Pumpenanordnung wird ein eigenes Druckregelsystem bereitgestellt und insbesondere verhalten sich beide Fluidpumpenanordnungen unabhängig voneinander. Maßgeblich ist der Fluiddruck in der gemeinsamen Fluidableitung, welcher hier geregelt werden soll. Im Falle des Übernahmebetriebs ist es möglich zu erkennen, ab wann eine Fluidpumpenanordnung tatsächlich und effektiv zu dem Fördervolumen beiträgt. Die Steuereinheit wie hierin beschrieben unterstützt bei der Aufrechterhaltung des Fluiddrucks in der gemeinsamen Fluidableitung.Dispensing with pressure sensors reduces the cost of such a fluid pump system. An uneven flow and delivery volume distribution to the fluid pump assemblies can be detected and compensated. For each pump assembly, a separate pressure control system is provided, and in particular both fluid pump assemblies behave independently of each other. Decisive is the fluid pressure in the common fluid discharge, which is to be regulated here. In the case of the takeover operation, it is possible to recognize when a fluid pump arrangement actually and effectively contributes to the delivery volume. The control unit as described herein assists in maintaining fluid pressure in the common fluid drain.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Fluidpumpensystems wie hierin beschrieben angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Vorgeben eines Sollwertes für einen Fluiddruck in der ersten Fluidableitung; Ermitteln einer Stromstärke, welche einer Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zugeordnet ist und dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht; und Ausgeben der ausgelesenen Stromstärke an den ersten Pumpenmotor der ersten Fluidpumpenanordnung.In another aspect, a method of driving a fluid pumping system is described as described herein. The method comprises the following steps: presetting a desired value for a fluid pressure in the first fluid discharge; Determining a current value which is associated with a pump motor speed of the first pump motor and the predetermined setpoint value for the fluid pressure corresponds; and outputting the readout current to the first pump motor of the first fluid pump assembly.
Dass die Stromstärke einer Pumpendrehzahl zugeordnet ist und einem Sollwert für den Fluiddruck entspricht, bedeutet beispielsweise, dass ein Wertepaar aus Stromstärke und Pumpenmotordrehzahl zu dem vorgegebenen Fluiddruck in der Fluidableitung führen, diesen also herbeiführen durch die Stromstärke und die Pumpenmotordrehzahl.That the current is associated with a pump speed and corresponds to a setpoint for the fluid pressure means, for example, that a value pair of current and pump motor speed lead to the predetermined fluid pressure in the fluid discharge, thus bring about this by the current and the pump motor speed.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für den Betrieb eines sensorlosen Druckregelsystems, also für eine Fluidpumpenanordnung ohne Drucksensor in der Fluidableitung. Das Verfahren ermöglicht es, eine Fluidpumpenanordnung so anzusteuern, dass eine Pumpeneinheit geführt wird, um einen gewünschten Fluiddruck unter verschiedenen Arbeitsbedingungen zu erreichen. Damit ist ein Rückgriff auf eine drehzahlgeregelte Pumpenvorrichtung nicht nötig, so dass ein Aufwand für dessen Herstellung und Regelung entfällt bzw. durch das hier beschriebene Verfahren reduziert wird. Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass zwischen der Stromstärke, der Drehzahl und dem Fluiddruck ein kausaler Zusammenhang existiert. Über die alleinige Regelung der Stromstärke des Pumpenmotors kann ein Fluiddruck unter Rückgriff auf isobare Druckverlaufskennlinien eingestellt werden. Die Regelung der Stromstärke kann entweder durch eine variable Stromquelle erfolgen oder über die Ermittlung bzw. Messung des Stroms des Pumpenmotors und Anpassung des Stroms und der Drehzahl an die gewünschten Bedingungen, sprich an den gewünschten Fluiddruck.The method is particularly suitable for the operation of a sensorless pressure control system, that is for a fluid pump assembly without pressure sensor in the fluid discharge. The method makes it possible to control a fluid pump arrangement so that a pump unit is guided in order to achieve a desired fluid pressure under different working conditions. For a recourse to a variable speed pump device is not necessary, so that a cost for its production and control is eliminated or reduced by the method described here. The method is based on the finding that there is a causal relationship between the current intensity, the rotational speed and the fluid pressure. On the sole regulation of the current intensity of the pump motor, a fluid pressure can be set by resorting to isobaric pressure curve characteristics. The regulation of the current intensity can be done either by a variable current source or by the determination or measurement of the current of the pump motor and adjustment of the current and the speed to the desired conditions, that is, to the desired fluid pressure.
Die Stromstärke wird basierend auf der aktuell anliegenden Pumpendrehzahl und dem gewünschten Fluiddruck ermittelt. Die Stromstärke lässt sich mit Hilfe einer isobaren Kennlinie Stromstärke über Drehzahl bei vorgegebenem Fluiddruck unmittelbar ermitteln. Es gibt eine isobare Kennlinie für jeden gewünschten Fluiddruck, und für jede sich einstellende Pumpendrehzahl gibt es eine passende Stromstärke für den Stromregler, d. h. die dem Pumpenmotor zugeführte Stromstärke. Insbesondere kann während des Betriebs der Fluidpumpenanordnung die sich ergebende Motordrehzahl nicht ausschlaggebend sein. Maßgeblich für die Regelung ist alleinig die Stromstärke, welche über eine Steuereinheit eingestellt wird.The current is determined based on the currently applied pump speed and the desired fluid pressure. The current intensity can be determined directly with the aid of an isobaric characteristic current intensity over speed at a given fluid pressure. There is an isobaric characteristic for any desired fluid pressure, and for any pumping speed that occurs, there is a suitable current rating for the current regulator, i. H. the current supplied to the pump motor. In particular, during operation of the fluid pump assembly, the resulting engine speed may not be critical. Decisive for the control is solely the current, which is set via a control unit.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Strom des Pumpenmotors auch alleine genutzt werden, um einen Fluiddruck in der Fluidableitung zu erreichen. Der Strom und die Spannung des Pumpenmotors, welche beide bekannt sind, werden genutzt, um die an den Pumpenmotor übertragene Leistung zu ermitteln, z. B. 20 Watt. Mittels einer Schätzung kann basierend auf dem Abnahmevolumen des Fluids in der Fluidableitung der Druck in der Fluidableitung ermittelt werden. Hierbei kann auch der Wirkungsgrad des Pumpenmotors berücksichtigt werden.In an alternative embodiment, the flow of the pump motor may also be used alone to achieve fluid pressure in the fluid drain. The current and voltage of the pump motor, both known, are used to determine the power transferred to the pump motor, e.g. For example, 20 watts. By means of an estimate, the pressure in the fluid discharge can be determined based on the decrease volume of the fluid in the fluid discharge. In this case, the efficiency of the pump motor can be taken into account.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Ermitteln der Stromstärke, welche der Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors zugeordnet ist, den folgenden Schritt auf: Auslesen der Stromstärke aus einer Kennlinie, welche dem vorgegebenen Sollwert für den Fluiddruck entspricht.According to one embodiment of the invention, the determination of the current value, which is associated with the pump motor speed of the first pump motor, comprises the following step: reading the current from a characteristic which corresponds to the predetermined setpoint for the fluid pressure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte auf: Überwachen der Pumpenmotordrehzahl des ersten Pumpenmotors und Anpassen der Stromstärke gemäß der Kennlinie, so dass der Sollwert für den Fluiddruck in der ersten Fluidableitung eingestellt oder beibehalten wird. According to another embodiment of the invention, the method further comprises the steps of monitoring the pump motor speed of the first pump motor and adjusting the current magnitude according to the characteristic so that the setpoint for the fluid pressure in the first fluid discharge is set or maintained.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin die Schritte auf: Ermitteln jeweils einer Pumpenmotordrehzahl-Stromstärke-Kennlinie für eine Mehrzahl von Sollwerten des Fluiddrucks in der Fluidableitung und Bereitstellen der so ermittelten Kennlinien, um die einer Pumpenmotordrehzahl zugeordnete Stromstärke bei einem vorgegebenen Sollwert des Fluiddrucks auszulesen.According to a further embodiment, the method further comprises the steps of determining a respective pump motor speed-current characteristic for a plurality of desired values of the fluid pressure in the fluid discharge and providing the characteristics thus determined in order to read out the current intensity associated with a pump motor speed at a predetermined desired value of the fluid pressure ,
Bei diesen Schritten handelt es sich um ein anfängliches Ermitteln der Abhängigkeiten und Korrelationen zwischen dem Fluiddruck, der Stromstärke des Pumpenmotors und der Drehzahl des Pumpenmotors. Es kann für jeden gewünschten Fluiddruck (z. B. 2 Bar, 3 Bar, 4 Bar, 5 Bar, 6 Bar) eine Kennlinie ermittelt werden, welche als Stromstärke des Pumpenmotors über der Drehzahl des Pumpenmotors aufgetragen wird. Die Kennlinien können in Abständen von jeweils 1 Bar oder mehr oder weniger als einem Bar ermittelt und für die spätere Verwendung vorgehalten werden. Eine untere und obere Begrenzung für die Sollwerte des Fluiddrucks orientiert sich an dem Abnehmer des Fluids, also an den Bedürfnissen eines Verbrennungsmotors, der von der Fluidpumpenanordnung mit Kraftstoff versorgt wird.These steps are to initially determine the dependencies and correlations between the fluid pressure, the pump motor current, and the pump motor speed. It can be determined for each desired fluid pressure (eg 2 bar, 3 bar, 4 bar, 5 bar, 6 bar) a characteristic which is plotted as the current of the pump motor over the speed of the pump motor. The characteristic curves can be determined at intervals of 1 bar or more or less than one bar and kept for later use. A lower and upper limit for the desired values of the fluid pressure is based on the customer of the fluid, that is, on the needs of an internal combustion engine, which is supplied with fuel from the fluid pump assembly.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Fluidpumpensystem wie hierin beschrieben angegeben, wobei das Fluidpumpensystem als Kraftstoffpumpenanordnung ausgeführt ist.According to another aspect of the invention, there is provided a vehicle having a fluid pumping system as described herein, wherein the fluid pumping system is configured as a fuel pumping arrangement.
Bei dem Kraftstoffbehälter handelt es sich insbesondere um einen Kraftstofftank, welcher ein Fluid, z. B. Benzin oder Diesel, enthält.The fuel tank is in particular a fuel tank, which is a fluid, for. As gasoline or diesel contains.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug. Ein solches Fahrzeug zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es einen Verbrennungsmotor aufweist, welcher als Antriebseinheit verwendet wird und mit einem Fluid betrieben wird.The vehicle is, for example, a motor vehicle, such as a car, bus or truck, or even a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane. Such a vehicle is characterized in particular by the fact that it has an internal combustion engine, which is used as a drive unit and is operated with a fluid.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Fluidpumpensystem mit einem Kraftstoffbehälter gekoppelt und ist ausgeführt, einen in dem Kraftstoffbehälter enthaltenen Kraftstoff an eine Antriebseinheit des Fahrzeugs zu liefern.According to one embodiment of the invention, the fluid pump system is coupled to a fuel tank and is designed to deliver a fuel contained in the fuel tank to a drive unit of the vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit ausgeführt, das Verfahren wie oben beschrieben auszuführen.According to one embodiment of the invention, the control unit is designed to carry out the method as described above.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug zu den Figuren beschrieben.In the following, embodiments of the invention will be described with reference to the figures.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden gleiche Bezugszeichen verwendet, so beziehen sich diese auf gleiche oder ähnliche Elemente.The illustrations in the figures are schematic and not to scale. If the same reference numbers are used, they refer to the same or similar elements.
Die Pumpenvorrichtung
Es sei darauf hingewiesen, dass die Fluidpumpenanordnung
Die Pumpeneinheit
Die Energiequelle
Die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Die Kennlinie
Arbeitet die Kraftstoffpumpe bei einer aktuellen Drehzahl
Die Drehzahl des Pumpenmotors kann zwischen 2500 und 8000 Umdrehungen pro Minute liegen. Der Pumpenstrom kann zwischen 4 Ampere und 17 Ampere liegen.The speed of the pump motor can be between 2500 and 8000 revolutions per minute. The pump current can be between 4 amps and 17 amps.
In einem Schritt S1 erfolgt das Vorgeben eines Sollwertes für einen Kraftstoffdruck in einer Kraftstoffableitung. In einem folgenden Schritt S2 erfolgt das Ermitteln einer Stromstärke
An die Schritte S4 und S5 können sich erneut die Schritte S1 bis S3 anschließen, so dass der Kraftstoffdruck seinem Sollwert iterativ angenähert wird, falls sich in Abhängigkeit der geänderten Stromstärke auch die Pumpenmotordrehzahl ändert.Steps S1 to S3 may again follow steps S4 and S5, so that the fuel pressure is iteratively approximated to its desired value if the pump motor speed also changes as a function of the changed current intensity.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kraftfahrzeug motor vehicle
- 33
- Fluidbehälter/Kraftstoffbehälter Fluid container / fuel tank
- 55
- Antriebseinheit drive unit
- 1010
- Fluidpumpensystem Fluid pump system
- 1111
- erstes Rückschlagventil first check valve
- 1212
- zweites Rückschlagventil second check valve
- 1414
- Zuleitungsanordnung supply arrangement
- 1616
- gemeinsame Ableitung common derivative
- 100100
- erste Fluidpumpenanordnung/Kraftstoffpumpenanordnung first fluid pump assembly / fuel pump assembly
- 105105
- Pumpenvorrichtung pump device
- 110110
- Pumpeneinheit pump unit
- 112112
- Kraftstoffdruckkennlinie Fuel pressure characteristic
- 114114
- Fluidzuleitung/Kraftstoffzuleitung Fluid feed / fuel delivery
- 116116
- Fluidableitung/Kraftstoffableitung Fluid discharge / fuel conductor
- 120120
- Pumpenmotor pump motor
- 122122
- Motordrehzahl Engine speed
- 124124
- Motorstrom motor current
- 130130
- Energiequelle energy
- 140140
- Steuereinheit control unit
- 150150
- Speichereinheit storage unit
- 200200
- zweite Fluidpumpenanordnung/Kraftstoffpumpenanordnung second fluid pump assembly / fuel pump assembly
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-
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